Диссертация (Разработка моделей и алгоритмов синтеза и анализа проектных решений датчика давления летательного аппарата), страница 14

В таблице № 4.1 приведены сводныеданные полученных характеристик при моделировании и натурных испытания.Таблица № 4.1 – сводные данные полученных характеристик примоделировании и натурных испытания.МаксимальноеДополнительнаяОтклонениезначениетемпературная%нелинейности, %погрешность, %ВПИ/10°СМоделирование4,260,093,764Испытания0,4950,460,37Разница в полученным данных при моделировании и при натурныхиспытаниях объясняется принятыми допущения при разработке моделей.

Дляболее точных результатов необходимо более детально описать физическиепроцессы, проходящие в элементах датчика давления. В целом можно сказать, чторазработанные модели являются адекватными и обеспечивают необходимуюточность при проектировании датчиков давления.На рисунке 4.5 видно, что нелинейность статических характеристик имеетрезкий скачек при переходе ∆P от отрицательных значений к положительным.Это можно объяснить явлением так называемого «хлопка мембраны».

Врезультате моделирования и натурных испытаний предложена методика поотбраковке первичных преобразователей не соответствующим требуемымхарактеристикам. Методика представляет собой следующую последовательностьдействий:1.Подключитьпервичныепреобразовательпреобразования электрических сигналов;давленияксхеме1082.

Последовательно с определенным шагом подавать давления на входпервичного преобразователя в диапазоне от ∆Pmax до ∆Pmin и считыватьзначения выходного кода АЦП;3.Построитьграфикстатическойхарактеристикипервичногопреобразователя и по формулам (3.4) и (3.5) определить её нелинейность ирассчитать максимальное значение;4. По форме графика и статической характеристики и значению еёмаксимальнойнелинейностисделатьвыводосоответствиипервичногопреобразователя требуемым характеристикам.Методикаотбраковкидифференциально-емкостныхпервичныхпреобразователей давления позволяет обеспечить линейность статическойхарактеристики датчика и повысить качество проектных работ.4.3 Испытания разработанного датчика давления на механическиевоздействия.С целью подтверждения правильности выбора варианта схемного иконструктивного решения датчика давления с дифференциально-емкостнымпервичным преобразователем были проведены испытания опытного образца намеханические воздействия.Таблица 4.2 – Приведенная погрешность опытного образца датчикадавления в нормальных климатических условиях до проведения испытаний.Ризм,Выходной сигнал, (мВ)Приведенная погрешность, %(кПа)Прямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6400,1400,4+0,006+0,025-3800,2800,2+0,013+0,01301200,31200,3+0,019+0,019+31600,11600,2+0,006+0,013620002000,20,000+0,013109Испытания на вибропрочность и виброустойчивость проведены наиспытательнойвибрационнойэлектродинамическойустановкетипа875Т№SP6549 изготовленной фирмой «Ling Dynamic Systems».

На рисунке 4.20представлендатчикдавлениясдифференциально-емкостнымпервичнымпреобразователем закрепленный на указанной выше установке.Рисунок 4.6 – Датчик давления с дифференциально-емкостным первичнымпреобразователем, закрепленный на вибрационной установкеДатчик давления подвергся испытаниям на прочность к воздействиюсинусоидальной вибрации в диапазоне частот от 10 до 62 Гц при амплитудеперемещения 0,75 мм и в диапазоне частот от 62 Гц до 2000 Гц с амплитудойускорения 16g (рисунок 4.7).Рисунок 4.7 – График изменения синусоидальной вибрации при испытанияхна вибропрочность110Здесь представлено шесть графиков амплитуд G этих вибраций. Графики (15 (снизу вверх) показывают ограничения на допустимые вибрации), график«профиль» - реально действующую нагрузку.В таблице 4.3 приведены полученные в результате испытаний значенияпогрешностей макета датчика давления.

Максимальное значение основнойприведенной погрешности датчика после воздействия синусоидальной вибрацииравно γмакс (%) = - 0,044.Таблица 4.3 – Приведенная погрешность опытного образца датчикадавлениявнормальныхклиматическихусловияхпослеиспытанийнавибропрочность.Ризм,Выходной сигнал,мВПриведенная погрешность, %кПаПрямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6399,3399,5-0,044-0,031-3800,4799,6+0,025-0,02501199,61199,8-0,025-0,013+31600,21600,3+0,013+0,01961999,61999,7-0,025-0,019Датчик давления подвергся испытаниям на устойчивость к воздействиюсинусоидальной вибрации в диапазоне частот от 10 до 62 Гц при амплитудеперемещения 0,35 мм и в диапазоне частот от 62 до 500 Гцс амплитудойускорения 8g. На рисунке 4.8 представлен график изменения выходного сигналадатчика давления с дифференциально-емкостным первичным преобразователем.ВыходнойсигнализмерялсянапрецизионнойкатушкеР331,номиналсопротивления 100 Ом.

Показания с частотой 10 Гц фиксировались на вольтметруниверсальный В7-78/1 производитель АКИП.111Рисунок 4.8 – График изменения выходного сигнала датчика давления прииспытаниях на виброустойчивость для 12000 измеренийВ таблице 4.4 даны погрешности опытного образца датчика давления послеиспытанийнавибропрочность.Максимальноезначениедополнительнойприведенной погрешности датчика при воздействии синусоидальной вибрацииγв.макс(%) = 0,093 и максимальные значения основной приведенной погрешностипреобразования после воздействия синусоидальной вибрации γмакс (%) = 0,069.Таблица 4.4 – Приведенная погрешность опытного образца датчикадавления с дифференциально-емкостным преобразователем в нормальныхклиматических условиях после испытаний на виброустойчивость.РизмВыходной сигнал (мВ)Приведенная погрешность (%)(кПа)Прямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6399,7400,7-0,019+0,044-3799,4799,5-0,038-0,03101200,11200,3+0,006+0,019+31600,01601,10,000+0,06962000,92000,7+0,056+0,044Испытания на прочность к воздействию механического удара проводилисьнаэлектромеханическомизготовительГДР.Наиспытательномрисунке4.9ударномпредставленстендедатчикST800странадавлениясдифференциально-емкостным первичным преобразователем закрепленный науказанном выше стенде.112Рисунок 4.9 – Датчик давления с дифференциально-емкостным первичнымпреобразователем, закрепленный на ударном стендеДатчик давления подвергся испытаниям на прочность к воздействиюмеханического удара многократного действия с пиковым ускорением 60g идлительность ударного импульса от 2 до 5 мс в двух направлениях.

Общее числоударов 150. На рисунке 4.10 представлена форма ударного импульса.8060g40200-200246810121416t, мсРисунок 4.10 – Форма ударного импульса многократного действияПогрешности опытного образца датчика давления после этого воздействияпредставлены в таблице 4.6. Максимальное значение основной приведеннойпогрешности γмакс (%) = 0,085.Таблица 4.6 –Приведенная погрешность опытного образца датчика давленияпосле испытаний на воздействия механического удара многократного действия.Ризм,Выходной сигнал, мВПриведенная погрешность, %кПаПрямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6401,2398,50,077-0,092-3801,4800,70,0850,04601198,81200,6-0,0770,036+31600,01601,30,0000,08162000,72001,00,0440,063113Датчик давления подвергся испытаниям напрочность к воздействиюмеханического удара однократного действия с пиковым ускорением 160g идлительность ударного импульса от 0,5 до 30 мс в двух направлениях. Общеечисло ударов 10.

Погрешности опытного образца датчика давления после этоговоздействия представлены в таблице 4.7. Максимальное значение основнойприведенной погрешности γмакс (%) = 0,092.Таблица 4.7 – Приведенная погрешность опытного образца датчикадавления после испытаний на воздействия механического удара однократногодействия.Ризм,Выходной сигнал, мВПриведенная погрешность, %кПаПрямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6400,1400,90,0040,059-3801,3801,50,0820,09201199,31200,2-0,0420,014+31598,91600,3-0,0660,02162000,32001,10,0210,069Проведенные предварительные испытания опытного образца датчикадавления с дифференциально-емкостным первичным преобразователем намеханические воздействия позволяют сделать следующие выводы:- датчик давления является стойкими к воздействию синусоидальнойвибрации в диапазоне частот от 10 до 62 Гц при амплитуде перемещения 0,35 мми в диапазоне частот от 62 до 500 Гц с амплитудой ускорения 8g;- датчик давления является прочными к воздействию синусоидальнойвибрации в диапазоне частот от 10 до 62 Гц при амплитуде перемещения 0,75 мми в диапазоне частот от 62 Гц до 2000 Гц с амплитудой ускорения 16g;- датчик давления является прочными к воздействию механического ударамногократного действия с пиковым ускорением 60g и длительность ударногоимпульса от 2 до 5 мс в двух направлениях;114- датчик давления является прочными к воздействию механического удараоднократного действия с пиковым ускорением 160g и длительность ударногоимпульса от 0,5 до 30 мс в двух направлениях;Проведенныепредварительныеиспытанияподтверждаютточностьразработанных в MCAD системе SolidWorks моделей для синтеза и анализаконструкции датчика давления.

Используя упрощенные модели элементовдатчика давления, был получен результат с высокой степенью соответствиятеоретического и реального поведения конструкции. Вариант схемного иконструктивного решения датчика давления с дифференциально-емкостнымпервичным преобразователем был выбран правильно.4.4 Испытания разработанного датчика давления на воздействиетемпературыДляпроверкитермограммымакетовточностиразработанныхфункциональныхмоделеймодулейбылидатчикаполученыдавлениясдифференциально-емкостным первичным преобразователем при повышеннойпредельной температуре + 850С. Снимки термограмм осуществлялись с помощьютепловизора FLUKE Ti10 [72].Термограмма модуля отображения и ввода информации представлена нарисунке 4.11Рисунок 4.11 – Термограмма модуля отображения и ввода информации115В результате испытаний, температура резистора R1 равна 90,0 °С.Погрешность моделирования не превышает 1,5 %.Термограмма модуля обработки информации представлена на рисунке 4.12Рисунок 4.12 – Термограмма модуля обработки информацииВ результате испытаний, температура транзистора VT1 равна 93,5 °С.Погрешность моделирования не превышает 4,3 %.